一題氧化還原的高中化學題煩請高手解答 - 社會議題
By Erin
at 2010-06-15T00:00
at 2010-06-15T00:00
Table of Contents
小華是一位認真的學生，決定研究過氯酸鐵溶液的氧化反應。他找到一瓶標籤為Fe(ClO4)2.xH2O 的藥品，其中結晶水的含量會因樣品的不同而有不同數值，必須由實驗確定。因此，小華用200.0 mL 之容量瓶稱取13.4 g 之Fe(ClO4)2.xH2O，再用去離子水填滿，並確定過氯酸鐵完全溶解。小華的老師知道他將需要溶液中確定數量的Fe2+ 和Fe3+ 離子，因此給他一瓶的標籤為H3L 的試劑 。老師告訴他，
瓶子含有有機配位基將依下式結合Fe3+：
Fe3+(aq) + 2H3L(aq) → [FeL2]3–(aq) + 6H+(aq)
此配位基本身 (H3L) 為深藍色，而結合Fe3+之錯合物 ([FeL2]3–) 則為淡黃色。此外，它不會和 Fe2+ 離子錯和。小華配製了大量的 0.3182 M 之 H3L 溶液，以供使用。小華需要判斷過氯酸鐵溶液中，Fe2+之濃度。他取出20.0 mL 過氯酸鐵溶液，放入錐形瓶中，但是他只能測量Fe3+之濃度，所以他先加入過量酸化之重鉻酸鉀(K2Cr2O7) 溶液，將溶液中所有的Fe2+ 均先氧化為Fe3+，此時重鉻酸鉀會產生Cr3+(此離子和Fe3+一樣，也會和H3L 錯合)。然後，他用0.3182 M 之H3L 溶液滴定這溶液，發現需要30.20 mL 的H3L 溶液才能出現不褪的淡淡的藍綠色，即達到滴定終點。
(d) 寫出重鉻酸鉀氧化 Fe2+ 之平衡反應式。
(e) 在滴定終點時，出現不褪的淡淡的藍綠色代表什麼意思?
(f) 計算原過氯酸鐵溶液的濃度。(Fe:55.8；Cl:35.5)
假設原過氯酸鐵溶液中沒有Fe3+的污染。
(g) 計算樣品中結晶水 x 的值。
小華有信心使用此滴定技術，決定任何鐵離子溶液的濃度。因此，要確定氧分子對鐵離子溶液之影響，他取兩份20.0 毫升的溶液分別加入兩個錐形瓶中，標為1 和2 。他立即用配位基溶液滴定樣品1，並發現，藍綠色的顏色只要加入一滴的配位基溶液就會出現。樣品2 則放了一個星期才滴定，並發現，它需要11.35 mL 的配位基的溶液，才能達到滴定終點。
(h) 解釋樣品 1 滴定結果的意義。
(i) 計算Fe3+ 鐵離子在滴定樣品 2 時的濃度。
(j) 計算一星期中有多少%的Fe2+ 被氧化？
(k) 假設小華將樣品2 再放一個星期 (共兩星期)，然後滴定。你認為滴定數值會大 於、小於、或等於22.70 mL？為什麼？
已更新項目:
小白大大您好
e 題中
表示溶液中所有的鐵(Ⅲ)離子皆已被錯合成FeL2 3-離子，以及所有的鉻(Ⅲ) 離子皆已被錯合成CrL2 3-離子,指的是藍綠色為FeL2 3-離子與CrL2 3-離子的混合色嗎?
可是下文中 :
他立即用配位基溶液滴定樣品1，並發現，藍綠色的顏色只要加入一滴的配位基溶液就會出現
並沒提到Cr3+,為什麼仍然出現藍綠色呢?
還有K小題中
因為在空氣中的氧化反應與反應物濃度有關並非零級反應,
2 個已更新項目:
指的是說第一星期中有50%的Fe2+ 被氧化,即使全部Fe2+ 氧化成Fe3+用掉配位基的溶液為50%的Fe2+ 被氧化所需量11.35 mL的兩倍即27ml所以不可能大於27ml,
但為何不可能在兩週內%的Fe2+ 被氧化,造成所需配位基的溶液部可能洽等於27ml呢?並非零級反應,那就是說有可能一級以上的反應,那反應不是應該更快嗎?
如一級反應在相同時間間隔內,濃度是以等比數列遞減,而零級反應濃度是以等差數列遞減,
那不就是有可能在兩週時間以內Fe2+ 被完全氧化成Fe3+嗎?
煩請解惑感激不盡 謝謝
3 個已更新項目:
小白大大您好
所以您的意思是一級反應可能快過亦可能慢過零級反應嗎?
以濃度對時間積分整理式 一級log A0/A =Kt/2.303
零級A=A0-Kt
若初濃度A0皆是10M ,時間 t 取10 min-1,當速率常數K取1時
零級A=A0-Kt, A=10-1*10=0
一級log A0/A =Kt/2.303 log 10/A =1*10/2.303 ,A=10 ^ -30342 殘留多
當速率常數K取0.1時,
4 個已更新項目:
零級A=A0-Kt, A=10-1*10=9 殘留多
一級log A0/A =Kt/2.303 log 10/A =0.1*10/2.303 A=10 ^0.565=3.6
conclution:
反應初濃度相同時,相同時間間隔內消耗量:
當速率常數K≧1 ,零級＞一級
當速率常數K＜1,一級＞零級
我的觀點這樣對嗎?煩請指導 感激不盡
5 個已更新項目:
≧ 是大於等於 ,上面顯示不出這符號
6 個已更新項目:
小白大大您好,您說 深藍＋淡黃，不就是藍綠色
所以色譜圖不僅適用於顏色光的混成,亦適用於錯離子溶液的顏色混成囉?
色譜圖http://en.wikipedia.org/wiki/File:Newton%27s_colou...
煩請指導 感激不盡
瓶子含有有機配位基將依下式結合Fe3+：
Fe3+(aq) + 2H3L(aq) → [FeL2]3–(aq) + 6H+(aq)
此配位基本身 (H3L) 為深藍色，而結合Fe3+之錯合物 ([FeL2]3–) 則為淡黃色。此外，它不會和 Fe2+ 離子錯和。小華配製了大量的 0.3182 M 之 H3L 溶液，以供使用。小華需要判斷過氯酸鐵溶液中，Fe2+之濃度。他取出20.0 mL 過氯酸鐵溶液，放入錐形瓶中，但是他只能測量Fe3+之濃度，所以他先加入過量酸化之重鉻酸鉀(K2Cr2O7) 溶液，將溶液中所有的Fe2+ 均先氧化為Fe3+，此時重鉻酸鉀會產生Cr3+(此離子和Fe3+一樣，也會和H3L 錯合)。然後，他用0.3182 M 之H3L 溶液滴定這溶液，發現需要30.20 mL 的H3L 溶液才能出現不褪的淡淡的藍綠色，即達到滴定終點。
(d) 寫出重鉻酸鉀氧化 Fe2+ 之平衡反應式。
(e) 在滴定終點時，出現不褪的淡淡的藍綠色代表什麼意思?
(f) 計算原過氯酸鐵溶液的濃度。(Fe:55.8；Cl:35.5)
假設原過氯酸鐵溶液中沒有Fe3+的污染。
(g) 計算樣品中結晶水 x 的值。
小華有信心使用此滴定技術，決定任何鐵離子溶液的濃度。因此，要確定氧分子對鐵離子溶液之影響，他取兩份20.0 毫升的溶液分別加入兩個錐形瓶中，標為1 和2 。他立即用配位基溶液滴定樣品1，並發現，藍綠色的顏色只要加入一滴的配位基溶液就會出現。樣品2 則放了一個星期才滴定，並發現，它需要11.35 mL 的配位基的溶液，才能達到滴定終點。
(h) 解釋樣品 1 滴定結果的意義。
(i) 計算Fe3+ 鐵離子在滴定樣品 2 時的濃度。
(j) 計算一星期中有多少%的Fe2+ 被氧化？
(k) 假設小華將樣品2 再放一個星期 (共兩星期)，然後滴定。你認為滴定數值會大 於、小於、或等於22.70 mL？為什麼？
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小白大大您好
e 題中
表示溶液中所有的鐵(Ⅲ)離子皆已被錯合成FeL2 3-離子，以及所有的鉻(Ⅲ) 離子皆已被錯合成CrL2 3-離子,指的是藍綠色為FeL2 3-離子與CrL2 3-離子的混合色嗎?
可是下文中 :
他立即用配位基溶液滴定樣品1，並發現，藍綠色的顏色只要加入一滴的配位基溶液就會出現
並沒提到Cr3+,為什麼仍然出現藍綠色呢?
還有K小題中
因為在空氣中的氧化反應與反應物濃度有關並非零級反應,
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指的是說第一星期中有50%的Fe2+ 被氧化,即使全部Fe2+ 氧化成Fe3+用掉配位基的溶液為50%的Fe2+ 被氧化所需量11.35 mL的兩倍即27ml所以不可能大於27ml,
但為何不可能在兩週內%的Fe2+ 被氧化,造成所需配位基的溶液部可能洽等於27ml呢?並非零級反應,那就是說有可能一級以上的反應,那反應不是應該更快嗎?
如一級反應在相同時間間隔內,濃度是以等比數列遞減,而零級反應濃度是以等差數列遞減,
那不就是有可能在兩週時間以內Fe2+ 被完全氧化成Fe3+嗎?
煩請解惑感激不盡 謝謝
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小白大大您好
所以您的意思是一級反應可能快過亦可能慢過零級反應嗎?
以濃度對時間積分整理式 一級log A0/A =Kt/2.303
零級A=A0-Kt
若初濃度A0皆是10M ,時間 t 取10 min-1,當速率常數K取1時
零級A=A0-Kt, A=10-1*10=0
一級log A0/A =Kt/2.303 log 10/A =1*10/2.303 ,A=10 ^ -30342 殘留多
當速率常數K取0.1時,
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零級A=A0-Kt, A=10-1*10=9 殘留多
一級log A0/A =Kt/2.303 log 10/A =0.1*10/2.303 A=10 ^0.565=3.6
conclution:
反應初濃度相同時,相同時間間隔內消耗量:
當速率常數K≧1 ,零級＞一級
當速率常數K＜1,一級＞零級
我的觀點這樣對嗎?煩請指導 感激不盡
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≧ 是大於等於 ,上面顯示不出這符號
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小白大大您好,您說 深藍＋淡黃，不就是藍綠色
所以色譜圖不僅適用於顏色光的混成,亦適用於錯離子溶液的顏色混成囉?
色譜圖http://en.wikipedia.org/wiki/File:Newton%27s_colou...
煩請指導 感激不盡
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By Sandy
at 2010-06-16T23:17
at 2010-06-16T23:17
6Fe2+ + Cr2O7 2- + 14H+ --> 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O
(e) 在滴定終點時，出現不褪的淡淡的藍綠色代表什麼意思?
表示溶液中所有的鐵(Ⅲ)離子皆已被錯合成FeL2 3-離子，以及所有的鉻(Ⅲ)離子皆已被錯合成CrL2 3-離子。
(f) 計算原過氯酸鐵溶液的濃度。(Fe:55.8；Cl:35.5)
假設原過氯酸鐵溶液中沒有Fe3+的污染。
Fe3+ + 2L3- --> FeL2 3-
Cr3+ + 2L3- --> CrL2 3-
用掉的L3-離子有0.3182 x 0.0302 = 9.61 x 10^-3 mol
其中被鐵(Ⅲ)離子用掉的有9.61 x 10^-3 x (3/4) = 7.2 x 10^-3 mol （見(d)中鐵(Ⅲ)離子與鉻(Ⅲ)離子的係數比）
故鐵(Ⅲ)離子有7.2 x 10^-3 x (1/2) = 3.6 x 10^-3 mol
鐵(Ⅲ)離子是由鐵(Ⅱ)離子氧化而來，因此鐵(Ⅱ)離子亦有3.6 x 10^-3 mol，溶液體積 = 20mL，故過氯酸鐵(Ⅱ)濃度 = 3.6x10^-3/0.02 = 0.18M
(g) 計算樣品中結晶水 x 的值。
20mL的過氯酸鐵(Ⅱ)溶液中，含有3.6x10^-3 mol的過氯酸鐵(Ⅱ)，因此原來的200mL溶液中，含3.6x10^-2mol過氯酸鐵(Ⅱ)，帶結晶水的過氯酸鐵(Ⅱ)式量 = 254.8+18x ==> 13.4/(254.8+18x) = 3.6x10^-2，求得x = 6.5
(h) 解釋樣品 1 滴定結果的意義。
表示樣品1及2中皆不含鐵(Ⅲ)離子，沒有受到鐵(Ⅲ)離子的污染，之後檢測出的鐵(Ⅲ)離子，完全由實驗過程中產生。
(i) 計算Fe3+ 鐵離子在滴定樣品 2 時的濃度。
鐵(Ⅲ)離子莫耳數 = 0.3182 x 11.35/1000 x (1/2) = 1.8 x 10^-3 mol
濃度 = 1.8 x 10^-3 / 0.02 = 0.09M
(j) 計算一星期中有多少%的Fe2+ 被氧化？
原來的鐵(Ⅱ)離子濃度為0.18M，被氧化百分比 = 0.09/0.18x100% = 50%
(k) 假設小華將樣品2 再放一個星期 (共兩星期)，然後滴定。你認為滴定數值會大 於、小於、或等於22.70 mL？為什麼？
應小於22.70mL，因為在空氣中的氧化反應與反應物濃度有關，並非零級反應。
2010-06-17 20:48:25 補充：
題目有說H3L是深藍色，FeL2 3-是淡黃色，一開始滴入的H3L都錯合成FeL2 3-，溶液一直是淡黃色，但是當所有的Fe3+都被錯合完了，再滴入H3L，它的深藍色就會被保留，深藍＋淡黃，不就是藍綠色嗎？藍綠色是這樣來的，跟鉻離子無關，題目也只說鉻離子會跟H3L錯合，沒說是什麼顏色。
2010-06-17 20:55:15 補充：
從沒有任何一本化學教科書說過一級反應快過零級反應，反應級數是描述反應速率與反應物濃度的關係，並不代表速率快慢，還有負一級反應咧（反應抑制劑），那不就是讓生成物倒回成為反應物？（並不是，只是讓反應變慢）零級反應的速率是恆定的，所以在特定時間內，反應物就會耗盡（取決於反應速率常數，愈大則時間愈短），而一級反應理論上要無限久才能使反應物耗盡（每隔一段相同時間，反應物濃度減半，可無窮減半下去，不會等於0）。
2010-06-17 20:56:56 補充：
若亞鐵離子氧化成鐵離子是一級反應（很有可能），則可知其半生期是一週，那麼再過一週，亞鐵離子濃度會剩下25%。等比數列：1 --> 1/2 --> 1/4 --> 1/8 ...
2010-06-17 22:38:18 補充：
零級反應：r0 = k0
一級反應：r1 = k1[A]
當k0 > k1[A]，則r0 > r1
2010-06-17 22:39:22 補充：
請自己拿深藍色及淡黃色水彩調一下。
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